Порядок выполнения работы

Включение лазера производится дежурным лаборантом или преподавателем.

Все приборы смонтированы на оптической скамье.

1. Для выполнения первой части работы на рейтер устанавливается пластинка с ликоподием.

2. Производится отсчет положения рейтера по шкале оптической скамьи.

3. Закрепляется чистый лист бумаги на экране, фиксируется экран на скамье и снимается отсчет положения стойки по шкале скамьи. Следует стремиться к тому, чтобы расстояние между пластинкой с ликоподием и экраном было достаточно большим, чтобы дифракционные кольца наблюдать в большом масштабе.

4. Наносятся карандашом на экране окружности, представляющие середины темных колец.

5. Для выполнения второй части работы пластинка с ликоподием заменяется дифракционной решеткой 1.

6. Дифракционная решетка устанавливается так, чтобы ее щели были горизонтальными, и соответственно на экране интерференционные максимумы располагались по вертикали. Карандашом на экране наносятся положения центров светлых пятен для решетки 1.

7. Для выполнения третьей части работы на рейтер помещаются две скрещенные между собой дифракционные решетки.

8. Закрепляется чистый лист бумаги на экране и карандашом наносятся центры светлых пятен.

9. Измеряются расстояния между карандашными отметками, нанесенными в процессе выполнения работы. Диаметры окружностей промеряются в нескольких направлениях и берутся средние значения диаметров.

10. Вычисляются диаметры частиц ликоподия по формуле (20.2) на основе определения диаметра 1 и 2-го темных колец дифракционной картины. Оцениваются погрешности измерения диаметра частиц по 1 кольцу и измерения диаметра по 2-му кольцу по рабочей формуле (20.2). Предпочесть результат с меньшей относительной погрешностью

11. Вычисляется период решетки 1 по формуле (20.4) на основании средних значений результатов измерений интервалов Δу между главными максимумами интерференционной картины. Погрешность вычисляется для периода решетки тем же способом, что и погрешность размеров частиц.

12. Вычисляются периоды скрещенных решеток.

Контрольные вопросы

1. Принципы работы газовых и полупроводниковых лазеров.

2. Чем различаются индуцированное и спонтанное излучения атомов?

3. Какова роль резонатора в квантовом генераторе?

4. Что представляет собой состояние, характеризующееся отрицательной абсолютной температурой?

5. Дифракция от хаотического множества частиц и галография.

6. Дифракция от пространственной решетки.

Рекомендуемая литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики. Изд. 2-е. Т. 3, гл.IV, XIII. М., Наука, 1970. Изд. 4-е. кн. 4, гл. 5, кн. 5, гл. 5, §§5.15,5.16. М., «Наука- Физматлит», 1998.

2. Калитеевский Н. И. Волновая оптика. Изд. 3-е, гл. 6. М., «Высшая школа», 1995

3. Трофимова Т. И. Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи. Гл. 2, М., «Высшая школа», 1999.

Лабораторная работа № 21

Градуировка ширины спектральной щели по дифракционной картине Теоретическое обоснование работы

В случае дифракции Фраунгофера дифракционная картина, возникающая от щели, на которую падает параллельный пучок света, получается в главной фокальной плоскости линзы или на удаленном экране. При просвечивании щели лучом лазера на удаленном от щели экране наблюдается значительное число дискретных дифракционных максимумов и минимумов.

Уравнение, описывающее положение дифракционных минимумов от одной щели, имеет вид

, (21.1)

где b - ширина щели, - угол с вершиной на щели между прямыми, идущими к центру картины и k-му минимуму (рис. 21.1).

Рис. 21.1

Поскольку в работе используется значение значительно меньшее значения Z, можно положить

(21.2)

Соответственно, значение ширины щели b определяется формулой (21.3)

(21.3)

По тем же соображениям (когда k не очень велико) равно

Действительно, из выражения (21.3) видно, что и , т. е. .

Выражение (21.3) переписывается

(21.4)

Содержанием работы является сопоставление истинных значений ширины спектроскопической щели с номинальными значениями, указанными на отсчетном барабане. Истинные значения ширины щели определяются с помощью рабочей формулы (21.4).